2015年6月，藍(lán)箭航天正式成立。十年來，藍(lán)箭航天已成為目前國內(nèi)唯一形成“研發(fā)、制造、測試、發(fā)射”全鏈條能力建設(shè)和布局的民商火箭公司。6月18日，記者隨“活力中國調(diào)研行”北京市主題采訪活動來到北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，探訪藍(lán)箭航天。
打開液氧甲烷時代的大門
2023年7月12日，“朱雀二號”遙二運載火箭在我國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，按程序完成了飛行任務(wù)，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。至此，“朱雀二號”遙二運載火箭成為全球首款成功入軌的液氧甲烷運載火箭，填補了國內(nèi)空白。
朱雀二號改進(jìn)型遙二。藍(lán)箭航天供圖
藍(lán)箭航天成立之初，就在考慮要選擇哪種燃料組合作為未來商業(yè)火箭的推進(jìn)劑。相比航天煤油，甲烷可以工業(yè)化大批量生產(chǎn)、價格便宜，其液態(tài)時的溫度與液氧接近，使用維護(hù)要求也相近。
另外，他們還意識到，甲烷燃燒產(chǎn)物潔凈，無積炭，發(fā)動機使用后無需清洗，重復(fù)使用場景下對發(fā)動機的維護(hù)保養(yǎng)比液氧/煤油要更方便。因此，藍(lán)箭航天認(rèn)為，甲烷是一種非常適合商業(yè)火箭使用的推進(jìn)劑。
2017年，藍(lán)箭航天將液氧/甲烷確定為自研液體運載火箭“朱雀二號”的推進(jìn)劑。在他們自己看來，這是一個大膽而又理性的選擇。
實際上，液體運載火箭已經(jīng)發(fā)展了一百多年。早在20世紀(jì)30年代，德國就試驗了世界上第一臺液氧/甲烷發(fā)動機，開創(chuàng)了液氧/甲烷發(fā)動機探索研究的歷史。不過，要完美實現(xiàn)液氧/甲烷這種推進(jìn)劑組合，并非易事，這其中涉及一系列復(fù)雜的工程問題。
例如，甲烷進(jìn)入發(fā)動機時，溫度必須匹配好。若-161℃的甲烷遇到20℃的發(fā)動機金屬結(jié)構(gòu)，大量氣化產(chǎn)生氣泡，將影響發(fā)動機運作。為解決難題，藍(lán)箭航天工程師在發(fā)動機起動前，用低溫的甲烷浸泡發(fā)動機渦輪泵內(nèi)腔和管路，并維持一定的流動，將升溫后的甲烷和氣泡帶走，最終使發(fā)動機的結(jié)構(gòu)降溫到與甲烷接近的溫度。
藍(lán)箭航天副總裁張靜茹告訴記者，液氧/甲烷推進(jìn)劑由于其積炭少、可長期貯存、成本低、無污染、重復(fù)性好等優(yōu)點，已成為未來可重復(fù)使用運載器的最佳動力選擇。
朱雀三號火箭或?qū)崿F(xiàn)“航班化運營”
據(jù)了解，藍(lán)箭航天自研的“天鵲”80噸級液氧甲烷火箭發(fā)動機（TQ-12），是國內(nèi)首臺民營企業(yè)研制的大推力液氧甲烷發(fā)動機，也是我國目前推力最大的雙低溫液體火箭發(fā)動機，推力水平在液氧甲烷火箭發(fā)動機技術(shù)產(chǎn)品中達(dá)世界第三、亞洲第一。
張靜茹介紹，TQ-12多項自主技術(shù)屬于國內(nèi)首創(chuàng)，已突破液氧甲烷高效高穩(wěn)定性燃燒、大型噴管激光焊接、高效率低溫泵、渦輪泵流體動壓密封、高精度高壓低溫調(diào)節(jié)器、雙低溫發(fā)動機泵后搖擺、推進(jìn)劑過冷等十余項關(guān)鍵技術(shù)。
2022年，在TQ-12的基礎(chǔ)上，藍(lán)箭航天研發(fā)了“天鵲”80噸級液氧甲烷火箭發(fā)動機改進(jìn)型（TQ-12A）。這款發(fā)動機有效增強了“朱雀”系列運載火箭各類任務(wù)軌道衛(wèi)星的發(fā)射能力，并為子級回收需求及可重復(fù)使用提供了基礎(chǔ)技術(shù)保障。
目前國內(nèi)推力最大的真空型液氧甲烷發(fā)動機是天鵲15A（TQ-15A）。TQ-15A于2021年2月立項并啟動研制，在充分集成TQ-12技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過增加調(diào)節(jié)閥、提高推力室面積比、副路燃?xì)庖胪屏κ业仍O(shè)計優(yōu)化及改進(jìn)，發(fā)動機真空推力提高11.8%，真空比沖提高126m/s，設(shè)計工況調(diào)節(jié)范圍60%~100%，并具備多次起動能力。
去年4月，藍(lán)箭航天的湖州熱試中心創(chuàng)造了TQ-15A單臺發(fā)動機一天六試的點火試車紀(jì)錄。試車效率的提升，為液氧甲烷發(fā)動機的重復(fù)使用積累了快速處理方案，也為發(fā)動機批量生產(chǎn)交付提供了強大支撐。同年，藍(lán)箭航天榮獲國家科技進(jìn)步獎，這是國內(nèi)民商火箭公司首度在國家最高級別的科技獎勵中嶄露頭角。
朱雀三號火箭是中國首款不銹鋼液體運載火箭，其貯箱結(jié)構(gòu)采用高強度不銹鋼材料，在材料選型、結(jié)構(gòu)形式、焊接工藝與生產(chǎn)設(shè)備方面均具有高度的原創(chuàng)性，計劃于2025年首飛。記者了解到，朱雀三號火箭一級發(fā)動機在火箭回收后可不下箭檢查，加注完成即可再次飛行，實現(xiàn)真正的“航班化運營”，發(fā)射成本相較一次性使用火箭可降低80%-90%。
新京報記者 張建林
編輯 白爽 校對 李立軍
